[发明专利]形状记忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片，还涉及这种形状记 忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片的制作方法。

背景技术

形状记忆合金(SMA)是一种新型智能材料，可以有效地抑制振动，其在高温奥氏 体状态下的弹性模量比低温马氏体高3倍以上，因此可以通过在结构中埋入SMA丝 并对结构加热，增大局部或整体的刚度，进而改变结构的振动特性，避开结构的共振 频率，实现对结构的半主动控制，抑制结构的振动。

文献“授权公告号CN102606414B的中国发明专利”公开了一种包含阻尼减振结构 层风力发电机叶片及其制造方法。该专利的制造方法包括阻尼减振结构层预成型和叶 片成型两大步骤，其中阻尼减振材料层被包裹在叶片主体内，可以有效提高叶片抗强 风冲击性能，降低有害振动幅度，属于振动被动控制，只能在一定频率的范围内降低 有害振动幅度，无法解决现有风机叶片由于风的不稳定性造成风机叶片剧烈振动而形 成颤振的问题。

发明内容

为了克服现有风机叶片由于风的不稳定性造成风机叶片形成颤振的不足，本发明 提供一种形状记忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片。该风机叶片采用记忆型形状记 忆纤维混杂复合材料作为驱动材料，通过控制通电电流的大小改变记忆型形状记忆纤 维的刚度，进而改变形状记忆混杂复合材料的刚度，实现叶片材料的变刚度控制，以 此使得叶片的固有频率远离激振力频率范围，避免了叶片颤振对风机的损坏。由于采 用形状记忆纤维混杂复合材料，相比于背景技术玻璃纤维增强复合材料，能够显著降 低风力发电机叶片的振动，并能实现叶片的半主动控制，解决了风力发电机叶片颤振 的问题。成本相比于碳纤维复合材料风力发电机叶片更为低廉。

本发明还提供上述形状记忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种形状记忆纤维混杂复合材料 风力发电机叶片，包括外蒙皮1、前缘板2、横梁盖3、后缘板4、抗剪腹板5和尾板6， 其特点是：所述的外蒙皮1采用玻璃纤维增强复合材料，前缘板2和后缘板4由记忆型 形状记忆纤维织布7和基体树脂8制备而成，横梁盖3采用单向纤维增强复合材料，抗 剪腹板5由超弹型形状记忆纤维薄带10与芯层玻璃纤维树脂基复合材料9粘接而成， 尾板6采用玻璃纤维增强复合材料。前缘板2与外蒙皮1采用环氧树脂粘接，构成叶片 前半部分，尾板6与后缘板4，后缘板4与外蒙皮1采用环氧树脂粘接，构成叶片后半 部分。抗剪腹板5夹层结构之间采用环氧树脂胶膜进行粘接。

一种上述形状记忆纤维混杂复合材料风力发电机叶片的制作方法，其特点是包括 以下步骤：

步骤一、制作真空灌注金属模具：风机叶片采用NACA4412翼型，分别制作外 蒙皮1、前缘板2、横梁盖3、后缘板4、抗剪腹板5和尾板6的真空灌注金属模具。

步骤二、制作记忆型形状记忆纤维织布7：采用二轴三维的编织方法将记忆型 形状记忆纤维固定于混杂纤维织布中，形成记忆型形状记忆纤维织布7。所述的混 杂纤维包括记忆型形状记忆纤维和玻璃纤维。

步骤三、记忆型形状记忆纤维丝预拉伸：利用夹具对记忆型形状记忆纤维丝进 行预拉伸，预拉伸形变在3％到5％之间。

步骤四、制作前缘板2和后缘板4：前缘板2和后缘板4的复合材料结构由记忆 型形状记忆纤维织布7和基体树脂8组成，采用RTM成型工艺将记忆型形状记忆纤 维织布7和基体树脂8组合形成前缘板2和后缘板4。

步骤五、制作外蒙皮1和尾板6：采用RTM成型工艺进行成型加工玻璃纤维增 强复合材料，制作外蒙皮1和尾板6。

步骤六、制作横梁盖3：将玻璃纤维预浸料加入横梁盖3的金属对模内，采用 模压成型方法，经加热、固化成型。

步骤七、制作抗剪腹板5：采用RTM成型工艺加工芯层玻璃纤维增强树脂基复 合材料9；采用环氧树脂将超弹型形状记忆纤维薄带10与芯层玻璃纤维树脂基复合 材料9粘接成抗剪腹板5。

步骤八、采用环氧树脂分别粘接抗剪腹板5与外蒙皮1，前缘板2与外蒙皮1， 尾板6与外蒙皮1，后缘板4与尾板6，横梁盖3与外蒙皮1，横梁盖3与抗剪腹板5 形成风机叶片。